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発明の名称 流体軸受装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−2966(P2007−2966A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−186538(P2005−186538)
出願日 平成17年6月27日(2005.6.27)
代理人 【識別番号】100064584
【弁理士】
【氏名又は名称】江原 省吾
発明者 古森 功
要約 課題
高精度な傾斜軸受隙間を備えた流体軸受装置を低コストに提供する。

解決手段
動圧軸受装置1は、軸部材2と、軸部材2を内周に挿入した軸受部材7と、軸部材2の外周面と軸受部材7の内周面との間に形成され、軸方向に傾斜した傾斜軸受隙間C1とを備える。軸受部材7は、傾斜軸受隙間C1に面する電鋳部10と、電鋳部10をインサートして射出成形されたモールド部14とを備える。
特許請求の範囲
【請求項1】
軸部材と、軸部材を内周に挿入した軸受部材と、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間に形成され、軸方向に傾斜した傾斜軸受隙間とを備え、傾斜軸受隙間に形成した油膜で軸部材を回転自在に支持する流体軸受装置において、
軸受部材が、傾斜軸受隙間に面する電鋳部を備え、かつ電鋳部をインサートした射出成形品であることを特徴とする流体軸受装置。
【請求項2】
軸部材の外周面、または軸受部材の電鋳部のうち何れか一方に、傾斜軸受隙間と対向させて動圧発生部を形成した請求項1記載の流体軸受装置。
【請求項3】
請求項1又は2の何れかに記載された流体軸受装置と、ステータコイルと、ロータマグネットとを有するモータ。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、流体軸受装置に関するものである。流体軸受装置は、軸受隙間に形成した油膜で軸部材を回転自在に支持するものであり、この軸受装置は、情報機器、例えばHDD、FDD等の磁気ディスク装置、CD−ROM、CD−R/RW、DVD−ROM/RAM等の光ディスク装置、MD、MO等の光磁気ディスク装置等に搭載するスピンドルモータ用、レーザビームプリンタ(LBP)などに搭載するポリゴンスキャナモータ用、パーソナルコンピュータ(PC)などに搭載するファンモータ用、あるいは軸流ファンなどの電気機器に搭載する小型モータ用として好適である。
【背景技術】
【0002】
上記各種モータには、高回転精度の他、高速化、低コスト化、低騒音化などが求められている。これらの要求性能を決定付ける構成要素の一つに当該モータのスピンドルを支持する軸受があり、近年では、この種の軸受として、上記要求性能に優れた特性を有する流体軸受装置の使用が検討され、あるいは実際に使用されている。
【0003】
この種の流体軸受装置は、軸受隙間内の潤滑油に動圧を発生させるための動圧発生部を備えた動圧軸受と、動圧発生部を備えていない、いわゆる真円軸受(軸受断面が真円形状である軸受)とに大別される。
【0004】
例えば、HDD等のディスク装置に用いられる流体軸受装置の一例として、図16に示す構造を有するものを挙げることができる。この流体軸受装置では、軸部材100の外周面とラジアル軸受隙間を介して対向する軸受部材200の内周面との間に、軸部材100を非接触支持するためのラジアル軸受部400が設けられる。また、軸部材100に設けられたフランジ部110の両端面と、スラスト軸受隙間を介して前記両端面に対向する部材(軸受部材200や蓋部材300)の端面との間に、軸部材をスラスト方向に非接触支持するためのスラスト軸受部500が設けられる。
【0005】
ところで、近年、HDD等のディスク装置が組み込まれる情報機器においては、急速に高性能化が図られている一方で、小型・薄型化(コンパクト化)も図られており、流体軸受装置に対するこの種の要求が益々厳しくなっている。しかしながら、上述した流体軸受装置の構造では、ラジアル軸受部と、二つのスラスト軸受部とが軸方向に積み重なった形態であるため、全体的に軸受装置の軸方向寸法が大きく、流体軸受装置のコンパクト化には限界がある。
【0006】
そこで、例えば、軸部材を円錐台状に形成し、その外周に配した焼結金属製の軸受部材との間に軸方向一方側を大径に、軸方向他方側を小径にした軸受隙間(傾斜軸受隙間)を形成すると共に、軸部材の端面とこれに対向する閉塞部材との間にスラスト軸受隙間を形成したものが開示されている。この構成であれば、図16に示す軸部材100のフランジ部110が不要となるので、その分だけ軸受装置の軸方向寸法をコンパクト化することができる(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2002−276649号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
一般に、流体軸受装置の回転精度をはじめとする軸受性能は、軸受隙間の精度の良否に大きく左右される。上記特許文献1に記載した流体軸受装置では、傾斜状の軸受隙間を形成するために軸部材の外周面や軸受部材の内周面を円錐面状に形成する必要があるが、円錐面を精度良くかつ効率的に加工することは容易ではない。特に、外周面に比べて内周面の加工は一般的に難しいので、軸受部材の円錐状内周面を精度良くかつ低コストに仕上げることは現状の加工技術では困難である。従って、高精度の傾斜軸受隙間を安定的に得ることができず、そのために設計条件等によっては十分な軸受性能を確保できないおそれがある。
【0008】
そこで、本発明は、高精度の傾斜軸受隙間を備えた流体軸受装置を低コストに提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するため、本発明にかかる流体軸受装置は、軸部材と、軸部材を内周に挿入した軸受部材と、軸部材の外周面と軸受部材の内周面との間に形成され、軸方向に傾斜した傾斜軸受隙間とを備え、傾斜軸受隙間に形成した油膜で軸部材を回転自在に支持するものであって、軸受部材が、傾斜軸受隙間に面する電鋳部を備え、かつ電鋳部をインサートした射出成形品であることを特徴とするものである。
【0010】
電鋳部は、電鋳加工によりマスター部材表面に析出して形成された金属組織であり、マスター部材との接触面ではマスター部材の表面形状がミクロンオーダーで正確に転写される。従って、マスター部材の外周面を電鋳部の内周面形状に対応した円錐面状に形成し、これに入念な仕上げ加工を施してその精度を十分に高めておけば、従来の加工法では加工が難しい円錐状の内周面を精度良く得ることができる。内周面に比べれば、外周面の高精度加工は一般に容易であるから、マスター部材の外周面を円錐面状に精度良く仕上げることはそれほど難しいことではない。従って、電鋳部を傾斜軸受隙間に面して形成することで、軸方向一方側を大径に、軸方向他方側を小径にした傾斜軸受隙間が精度良くかつ低コストに得られる。
【0011】
軸受部材は、上述した電鋳部をインサートした射出成形によって形成される。射出成形であれば低コストに成形することができ、さらには軸受部材を任意形状に成形することができるから、二以上の部材からなる軸受部材を一体化することができる。従って、部品点数の削減を通じてさらなる低コスト化を図ることができる。
【0012】
上記構成において、軸部材の外周面、または軸受部材の電鋳部の何れか一方に、傾斜軸受隙間と対向させて動圧発生部を形成することにより、傾斜軸受隙間に流体動圧を発生させて軸受剛性を向上させることができる。軸受部材の電鋳部に動圧発生部を形成する場合、マスター部材に動圧発生部の形状に対応した型を形成しておけば、上記電鋳加工の特性から、精度の良い動圧発生部が低コストに製作可能となる。軸部材の外周面に動圧発生部を形成する場合、マスター部材の外周面を凹凸のない平滑面状に形成する。このマスター部材を用いて電鋳部を形成し、電鋳部をマスター部材から分離した後、予め外周面に動圧発生部を形成した軸部材を電鋳部の内周面に挿入することにより、軸受装置が組み立てられる。
【0013】
動圧発生部としては、傾斜軸受隙間に流体動圧を発生させることができれば特にその形態を問わず、例えばヘリングボーン形状やスパイラル形状に配列された複数の動圧溝、円周方向等間隔に設けられた軸方向溝、あるいは円周方向に設けられた複数の円弧面、調和波形面等を挙げることができる。
【0014】
上記の構成を有する流体軸受装置は、ステータコイルとロータマグネットとを有するモータ、例えば情報機器用のスピンドルモータ等に好ましく使用することができる。
【発明の効果】
【0015】
以上のように、本発明によれば、高精度の傾斜軸受隙間を有する流体軸受装置を低コストに提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0017】
図1は、本発明の構成を有する流体軸受装置(動圧軸受装置)1を組込んだ情報機器用スピンドルモータの一構成例を概念的に示すものである。この情報機器用スピンドルモータは、HDD等のディスク駆動装置に用いられるもので、軸部材2を回転自在に支持する流体軸受装置1と、軸部材2に取り付けられ、ディスクDを一枚または複数枚保持するディスクハブ9と、半径方向のギャップを介して対向するステータコイル4およびロータマグネット5と、ブラケット6とを備えている。ステータコイル4は、ブラケット6の外周に取り付けられ、ロータマグネット5はディスクハブ9の内周に取り付けられている。ステータコイル4に通電すると、ステータコイル4とロータマグネット5との間に発生する電磁力で、ロータマグネット5が回転し、それに伴って軸部材2およびディスクハブ9が一部材(回転部材3)となって一体に回転する。
【0018】
流体軸受装置1を他の情報機器用スピンドルモータ、例えば光ディスク装置や光磁気ディスク装置のスピンドルモータに使用する場合にはディスクを支持するターンテーブル(図示省略)が、レーザビームプリンタ(LBP)のポリゴンスキャナモータに使用する場合にはポリゴンミラー(図示省略)が、パーソナルコンピュータ(PC)のファンモータに使用する場合にはファン(図示省略)が、それぞれ軸部材2に固定される。
【0019】
流体軸受装置1は、軸部材2と、軸部材2の外周に配置した軸受部材7と、軸受部材7の一端開口を封口する蓋部材8とを主要な構成要素として備えている。なお、以下説明の便宜上、蓋部材8の側を下側、これとは軸方向反対側を上側として説明を行う。
【0020】
軸部材2は、必要とされる剛性および耐摩耗性を満足する金属材料、例えばステンレス鋼で形成される。軸部材2は、軸方向の一方側(図示例では上側)を小径に、他方側(図示例では下側)を大径にした円錐台状の円錐部2aと、円錐部2aの上方に設けられ、円錐部2aと一体に形成された円筒状の基部2bとで構成されている。円錐部2aの外周面2a1と下側端面2a2とは凹凸のない平滑面として形成されている。
【0021】
軸部材2の基部2bには、ディスクハブ9が圧入、圧入接着等適宜の手段で固定されており、一体となった軸部材2とディスクハブ9とで回転部材3を構成する。なお、軸部材2をインサートしてディスクハブ9を射出成形することで、回転部材3を構成することもできる。
【0022】
軸受部材7は、内周面が円錐面状をなす電鋳部10と、電鋳部10の外周を被覆するモールド部14とからなる。モールド部14は、後述のように電鋳部10をインサートした状態で射出成形される。
【0023】
軸受部材7の内周面7aは、軸部材2の円錐部2aの外周面形状に対応したテーパ面状に形成される。軸受部材7の内周面7aと軸部材2の円錐部2aの外周面2a1とは互いに母線が平行であり、従って、両面7a,2a1同士は互いに面接触可能である。後述するように、軸部材2の回転に伴い、軸受部材7の内周面7aと軸部材2の円錐部2aの外周面2a1との間には、軸方向上側が小径に、軸方向下側が大径になるよう傾斜させた傾斜軸受隙間C1が上下二箇所に離隔形成される。なお、図示例では、理解の容易化のために傾斜軸受隙間C1の隙間幅を誇張して描いているが、実際には数μm〜十数μm程度である。
【0024】
電鋳部10の内周面には、図2に示すように、傾斜軸受面Aが上下二箇所に離隔形成され、軸部材2の回転時には、この傾斜軸受面Aと対向する領域にそれぞれ傾斜軸受隙間C1が形成される。傾斜軸受面Aにはそれぞれ、傾斜軸受隙間C1に流体動圧を発生させる動圧発生部として、例えばヘリングボーン形状に配列された複数の動圧溝Aaが形成されている。図示例では、二つの傾斜軸受面Aを共通の電鋳部10の内周面に形成した場合を例示しているが、各傾斜軸受面Aを二以上の電鋳部10に個別に形成してもよい。なお、動圧溝形状としては、図示したヘリングボーン形状の他、スパイラル形状等を採用することもできる。
【0025】
蓋部材8は、例えばステンレス鋼や黄銅等の金属材料で円盤状に形成され、軸受部材7の大径側開口部に形成された段部に接着等の手段で固定される。蓋部材8の上側端面8aには、スラスト軸受面Bが形成され、軸部材2の回転時には、このスラスト軸受面Bと対向する領域にスラスト軸受隙間C2が形成される。スラスト軸受面には、スラスト軸受隙間C2に流体動圧を発生させるためのスラスト動圧発生部として、例えば図3に示すようなスパイラル形状に配列した複数の動圧溝Baが形成される。なお、動圧溝形状としては、図示したスパイラル形状の他、ヘリングボーン形状、あるいは放射形状等を採用することもできる。また、動圧溝等の動圧発生部を有するスラスト軸受面Bは、軸部材2の下側端面2a2に形成することもできる。
【0026】
図示は省略しているが、軸受部材7の内周面の上端と、これに対向する軸部材2の外周面2a1との間にはシール空間を形成することができる。このシール空間は、例えば軸受装置の内部側を狭くしたテーパ状に形成される。このようにテーパ状に形成することで、潤滑油が毛細管力によって軸受装置の内部側に引き込まれるため、潤滑油の軸受装置外への漏れ出しを防止することが可能となる。シール空間は、温度変化による潤滑油の熱膨張量を吸収できるだけの容積を有し、そのために外気に開放した油面は常時シール空間内に存在する。なお、シール空間は、軸受部材7の上端内周面に固定され、軸受部材とは別体のシール部材の内周面と、これに対向する軸部材の外周面との間に形成してもよい。
【0027】
以上の構成において、軸受装置の内部空間には潤滑油が充満される。この状態で、軸部材2と軸受部材7とを相対回転させると(本実施形態では軸部材2が回転する)、軸受部材7の内周面の傾斜軸受面Aは、それぞれ軸部材2の外周面2a1と二つの傾斜軸受隙間C1を介して対向する。軸部材2の回転に伴い、各傾斜軸受隙間C1に潤滑油の動圧が発生し、図4に示すように軸部材2に対して水平方向(ラジアル方向)の分力Frと垂直方向下向き(スラスト方向)の分力Ftが作用する。これにより、軸部材2をラジアル方向および一方のスラスト方向に回転自在に非接触支持する第1の傾斜軸受部K1と第2の傾斜軸受部K2とが形成される。
【0028】
また、軸部材2の回転に伴い、蓋部材8の上側端面8aに形成されたスラスト軸受面Bは、軸部材2の下側端面2a2とスラスト軸受隙間C2を介して対向する。軸部材2の回転に伴い、スラスト軸受隙間C2に潤滑油の動圧が発生し、スラスト軸受隙間C2に形成される潤滑油の油膜によって軸部材2がスラスト方向上向きに回転自在に非接触支持される。これにより、軸部材2を他方のスラスト方向に回転自在に非接触支持するスラスト軸受部Tが形成される。
【0029】
次に、上記軸受部材7の製造工程を以下に説明する。
【0030】
図5〜図7は、上記軸受装置における軸受部材7の各製造工程を示すものである。詳述すると、図5(a)はマスター部材12を製作する工程(マスター部材製作工程)、図5(b)はマスター部材12の所要箇所をマスキングする工程(マスキング工程)、図6は電鋳加工により電鋳部材11を形成する工程(電鋳加工工程)、図7は電鋳部材11の電鋳部10を樹脂等でモールドする工程(モールド工程)を示すものである。これらの工程を経た後、電鋳部10とマスター部材12とを分離する工程を経て軸受部材7が製作される。
【0031】
図5(a)に示すマスター部材製作工程では、導電性材料、例えば焼入処理を施したステンレス鋼、ニッケルクロム鋼、その他のニッケル合金、あるいはクロム合金等でマスター部材12が形成される。マスター部材12は、これら金属材料以外にも、導電処理(例えば、表面に導電性の被膜を形成する)を施されたセラミック等の非金属材料で形成することもできる。マスター部材12は、円錐台部12aと、円錐台部12aと一体に形成され、円錐台部12aの下端から軸方向に延びる円筒部12bとを備える。円錐台部12aの外周面は、軸受部材7の内周面形状に対応させて、軸方向一方側を小径に、軸方向他方側を大径にしたテーパ面状に形成されている。
【0032】
マスター部材12を構成する円錐台部12aの外周面のうち、軸方向の一部領域には、軸受部材7の電鋳部10を成形する成形部N1が形成される。成形部N1は、電鋳部10内周面の凹凸パターンが反転した形状をなし、その軸方向二箇所には、動圧溝Aa間の丘部を成形する凹部Kaの列が円周方向に形成されている。もちろん、凹部Kaの形状は動圧溝パターンに対応させ、スパイラル形状等に形成することもできる。
【0033】
図5(b)に示すマスキング工程では、成形部N1を除いてマスター部材12の外表面にマスキング13(散点模様)が施される。マスキング13用の被覆材としては、非導電性、および電解質溶液に対する耐食性を有する既存品が適宜選択使用される。
【0034】
電鋳加工は、NiやCu等の金属イオンを含んだ電解質溶液にマスター部材12を浸漬させた後、マスター部材12に通電して、マスター部材12の外表面のうち、マスキング13が施されていない領域(成形部N1)に目的の金属を析出(電着)させることにより行われる。電解質溶液には、カーボンなどの摺動材、あるいはサッカリン等の応力緩和材を必要に応じて含有させてもよい。電着金属の種類は、動圧軸受の軸受面に求められる硬度、疲れ強さ等の物理的性質や、化学的性質に応じて適宜選択される。
【0035】
以上の工程を経ることにより、図6に示すように、マスター部材12の成形部N1に電鋳部10が被着形成され、電鋳部10とマスター部材12が一体になった電鋳部材11が形成される。このとき、電鋳部10の内周面は、マスター部材12の円錐台部12aの外周面形状に対応するテーパ状に形成され、かつマスター部材12に形成された成形部N1の凹凸パターンが転写される。これにより図2に示すように複数の動圧溝Aaを有する二つの傾斜軸受面Aが電鋳部10の内周面に上下に離隔して形成される。なお、電鋳部10の厚みは、これが厚すぎるとマスター部材12からの剥離性が低下し、逆に薄すぎると電鋳部10の耐久性低下につながるので、求められる軸受性能や軸受サイズ、さらには用途等に応じて最適な厚みに設定される。
【0036】
次に、上記工程を経て形成された電鋳部材11は、軸受部材7をインサート成形するモールド工程に移送される。
【0037】
図7は、モールド工程を概念的に示すもので、このモールド工程では、電鋳部材11は、その軸方向を型締め方向(図面上下方向)と平行にして、例えば上型15、および下型16からなる金型内部に供給される。下型16には、マスター部材12を構成する円筒部12bの外径寸法に適合した位置決め穴18が形成され、この位置決め穴18に前工程から移送した電鋳部材11を挿入して電鋳部材11の位置決めがなされる。また、上型15には、位置決め穴18と同軸に、マスター部材12の上端と嵌合可能のガイド穴20が形成されている。
【0038】
以上の金型において、可動型(本実施形態では上型15)を固定型(本実施形態では下型16)に接近させると、ガイド穴20によってマスター部材12が上型15の所定位置にガイドされ、その後型締めされる。型締め完了後、ゲート19を介してキャビティ17に樹脂材料を射出し、インサート成形を行う。樹脂材料は、射出成形可能な材料であれば使用可能で、例えば、非晶性樹脂として、ポリサルフォン(PSF)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリフェニルサルフォン(PPSF)、ポリエーテルイミド(PEI)等、結晶性樹脂として、液晶ポリマー(LCP)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)等が使用可能である。樹脂材料には、必要に応じて強化材(繊維状、粉末状等の形態は問わない)や潤滑剤、導電材等の各種充填材が一種または二種以上配合される。
【0039】
なお、射出する材料としては金属材料も使用可能である。金属材料としては、例えば、マグネシウム合金やアルミニウム合金等の低融点金属材料が使用可能である。この場合、樹脂材料を使用する場合に比べて、強度、耐熱性、または導電性等をより向上させることができる。この他、金属粉とバインダーの混合物で射出成形した後、脱脂・焼結するいわゆるMIM成形を採用することもできる。さらにこの他、射出する材料としてセラミックを使用することもできる。
【0040】
インサート成形完了後、成形型を開くとマスター部材12および電鋳部10からなる電鋳部材11と、モールド部14とが一体となった成形品が得られる。
【0041】
この成形品は、その後分離工程に移送され、電鋳部10およびモールド部14が一体化したもの(軸受部材7)と、マスター部材12とに分離される。この分離工程では、電鋳部10に蓄積された内部応力を解放することにより、電鋳部10の内周面を拡径させ、マスター部材12の外周面から剥離させる。内部応力の解放は、例えば電鋳部材11あるいは軸受部材7に衝撃を与えることにより、あるいは電鋳部10の内周面とマスター部材12の外周面との間に軸方向の加圧力を付与することにより行われる。内部応力の解放により、電鋳部10の内周面を半径方向に拡径させて、電鋳部10の内周面とマスター部材12の外周面との間に適当な大きさの隙間(動圧溝深さ以上の隙間が望ましい)を形成すれば、電鋳部10の内周面に形成された動圧溝パターンとマスター部材12の外周面に形成された成形部N1との過度の干渉を回避して電鋳部10の内周面からマスター部材12を軸方向にスムーズに引き抜くことができ、これにより成形品を、電鋳部10およびモールド部14からなる軸受部材7と、マスター部材12とに分離することが可能となる。なお、電鋳部10の拡径量は、例えば電鋳部10の肉厚を変えることによって制御することができる。
【0042】
衝撃の付与だけでは電鋳部10の内周を十分に拡径させることができない場合、電鋳部10とマスター部材12とを加熱又は冷却し、両者間に熱膨張量差を生じさせることによってマスター部材12と軸受部材7とを分離することもできる。
【0043】
一方、電鋳部10と分離されたマスター部材12は、繰り返し軸受部材7の製作に使用することができる。
【0044】
なお、電鋳加工の特性上、電鋳部10の外周面は粗面に形成されるため、インサート成形時にはモールド部14を構成する材料が電鋳部外表面の微小な凹凸に入り込み、アンカー効果による強固な固着力が発揮される。さらに、電鋳部10は、軸方向に対して傾斜して形成されているので、少なくとも一方の軸方向へは抜け止めがなされる。従って、耐衝撃性に富む高強度の軸受部材7を提供することが可能となる。
【0045】
そして、上記工程を経て形成された軸受部材7の内周に別途製作した軸部材2を挿入し、さらに軸受部材7の大径側開口部を蓋部材8で封口した上で、軸受部材7の内部空間に潤滑油を充満させることにより、図1に示す流体軸受装置1が得られる。
【0046】
上記のとおり、本発明では、軸受部材7を傾斜軸受隙間C1に面する電鋳部10と、当該電鋳部10をインサートして射出成形されたモールド部14とで形成した。電鋳加工の特性から、電鋳部10の内周面形状はマスター部材12の表面形状に倣い、また、電鋳部10の内周面精度はマスター部材12の表面精度に倣う。そのため、マスター部材12を所定形状でかつ所定精度に形成しておけば、電鋳部10の内周面はマスター部材のそれに倣って高精度に形成されるので、従来の加工法では高精度化が困難な円錐面状の内周面を精度良くかつ低コストに形成することができる。これにより、傾斜軸受隙間C1の幅精度を高め、この種の傾斜軸受隙間を有する流体軸受装置の軸受性能を向上させることができる。また、本実施形態のように、動圧溝Aaを有する傾斜軸受面Aを電鋳加工で形成すれば、電鋳加工の特性から動圧溝が高精度に形成可能となるので、この面でも流体軸受装置の軸受性能向上を図ることができる。
【0047】
電鋳部10の内周面に動圧溝Aaを形成する方法として、他の方法を採用することもできる。図8は、その一例を示すもので、マスター部材12表面の成形部N1に動圧溝Aa形状に対応した凸状の導電性被膜22を形成して電鋳加工を行い、その後、導電性被膜22を除去して動圧溝Aaを形成するものである。具体的には、まず図8(a)に示すように、マスター部材12の外周面の一部領域に成形部N1を形成し、この成形部N1に動圧溝パターンに対応した凸状の導電性被膜22を形成する。この導電性被膜22は、例えば、マスター部材12の表面に導電性樹脂をインクジェット印刷することにより高精度に形成することができる。次いで、同図(b)に示すように、このマスター部材12を用いて電鋳加工を行い、成形部N1の形状を転写した電鋳部10を形成する。電鋳加工の終了後、上記工程と同様にモールド部14を射出成形し、さらに同図(c)に示すように成形品からマスター部材12を分離する。この際、導電性被膜22は、電鋳部10と共にマスター部材12の表面から剥離させる。その後、同図(d)に示すように、溶剤等を用いて電鋳部10の内周面の導電性被膜22を除去することにより、電鋳部10の内周面に動圧溝Aaを形成した軸受部材7が得られる。
【0048】
以上の説明では、電鋳部10の内周面に動圧溝Aaを有する傾斜軸受面Aを形成する場合を例示したが、動圧溝Aaを有する傾斜軸受面Aは軸部材2の外周面に形成することもできる。この形態の流体軸受装置1は、外周面を凹凸のない平滑面としたマスター部材12を用いて電鋳工程を行い、さらにモールド工程および分離工程を経て、内周面が平滑な軸受部材7を形成すると共に、これとは別に軸部材2の外周面に動圧溝Aaを有する傾斜軸受面Aを形成し、この軸部材2を軸受部材7の内周に挿入することにより組み立てることができる。この場合、軸部材2の外周面の傾斜軸受面Aは、例えば鍛造や転造等の塑性加工の他、エッチング加工、あるいはインクジェット印刷等の手段で形成することができる。
【0049】
また、以上の説明では、上方が小径で下方が大径の傾斜軸受隙間C1を例示しているが、傾斜軸受隙間の傾斜方向をこれとは逆方向、すなわち上方が大径で下方が小径となるよう傾斜させることもできる。
【0050】
図9(a)(b)は、本発明の他の実施形態を示すもので、図1に示す流体軸受装置1を軸方向に二つ並べて設置した構成に相当するものである。
【0051】
何れの流体軸受装置1でも、軸部材2は二つの円錐部2a、2aを一体化した形態をなし、かつ軸受部材7は、各円錐部2aの外周面に対向する二つの電鋳部10a、10bと電鋳部10a、10bを一体にモールドするモールド部14とを備えている。軸部材2の回転時には、二つの円錐部2aの外周面と、これに対向する電鋳部10a、10bの内周面との間に傾斜方向を逆にした二種類の傾斜軸受隙間C11、C12が形成され、この傾斜軸受隙間C11、C12に生じる潤滑油の動圧作用で軸部材2がラジアル方向および両スラスト方向で非接触支持される。図9(a)は、二種類の傾斜軸受隙間C11、C12の双方を、傾斜方向の異なる相手側の傾斜軸受隙間との接近側ほど小径となるよう配置した例であり、同図(b)は、これとは逆に相手側の傾斜軸受隙間との接近側ほど大径となるよう配置した例である。
【0052】
なお、何れの流体軸受装置1でも、上下の円錐部2aの外周面と軸受部材7の上下端部の内周面との間にシール空間が形成され、潤滑油の漏れが防止される(軸受部材7とは別体のシール部材でシール空間を形成してもよい)。この場合、蓋部材8は不要となる。また、何れの流体軸受装置1でも、傾斜軸受隙間C11、C12で両方向のスラスト支持力が生じるので、これ以外のスラスト軸受隙間(例えば図1に示す実施形態において、蓋部材8の上側端面8aとこれに対向する軸部材2の下側端面2a2との間に形成したスラスト軸受隙間C1)は不要となる。
【0053】
図9(a)(b)に示す何れの構成においても、図8に準じた方法により、すなわちマスター部材12の外周面に導電性被膜22で成形部N1を形成した後、電鋳加工工程、モールド工程、および分離工程を経ることにより、電鋳部10a、10bの内周面に動圧溝Aaを形成することができる。この場合、マスター部材12と電鋳部10a、10bの分離後は、マスター部材12がそのまま軸部材2として使用される。
【0054】
この他、軸受部材7および軸部材2をそれぞれ軸方向中央部で二分割して、分割体をそれぞれ個別に製作した後、分割体同士を接合一体化することにより図9(a)(b)に示す流体軸受装置1を組み立てることもできる。軸部材2の分割体同士の接合方法としては例えば接着が考えられ、軸受部材7の分割体同士の接合方法としては接着の他、溶着(超音波溶着等)も考えられる。
【0055】
図10は、図9(a)に示す構成において、二つの傾斜軸受隙間C11、C12で生じるポンピング量のアンバランスを解消するため、軸部材2の外周面と軸受部材7の内周面との間の環状隙間のうち、特に軸方向中央部の屈曲部分を、循環路23を介して軸受部材7の外部と連通させたものである。図示は省略するが、図9(b)に示す構成においても同様に循環路23を形成することができる。
【0056】
以上の説明では、傾斜軸受部K1、K2およびスラスト軸受部Tとして、へリングボーン形状やスパイラル形状の動圧溝により流体動圧を発生させる構成を例示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0057】
例えば、傾斜軸受部K1、K2として、いわゆる多円弧軸受やステップ軸受、あるいは非真円軸受を採用しても良い。これらの軸受ではそれぞれ、複数の円弧面、軸方向溝、調和波形面が傾斜軸受隙間に動圧を発生させるための動圧発生部となる。これらの動圧発生部は、上記の実施形態同様、軸受部材7の電鋳部に形成されるが、その形成方法は、動圧溝を形成する場合の各工程に準じるので説明を省略する。
【0058】
図11は、傾斜軸受部K1、K2の一方又は双方を多円弧軸受で構成した場合の一例を示している。この例では、軸受部材7の内周面の傾斜軸受面となる領域が、3つの円弧面43で構成されている(いわゆる3円弧軸受)。3つの円弧面43の曲率中心は、それぞれ、軸受部材7(軸部材2)の軸中心Oから等距離オフセットされている。3つの円弧面43で区画される各領域において、傾斜軸受隙間は、円周方向の両方向に対して、それぞれ楔状に漸次縮小したくさび状隙間45である。そのため、軸受部材7と軸部材2とが相対回転すると、その相対回転の方向に応じて、傾斜軸受隙間内の潤滑油がくさび状隙間45の最小隙間側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑油の動圧作用によって、軸受部材7と軸部材2とが非接触支持される。なお、負圧の発生防止のため、3つの円弧面43相互間の境界部に、分離溝と称される、一段深い軸方向溝を形成しても良い。
【0059】
図12は、傾斜軸受部K1、K2の一方又は双方を多円弧軸受で構成した場合の他の例を示している。この例においても、軸受部材7の内周面の傾斜軸受面Aとなる領域が、3つの円弧面43で構成されているが(いわゆる3円弧軸受)、3つの円弧面43で区画される各領域において、傾斜軸受隙間は、円周方向の一方向に対して、それぞれ楔状に漸次縮小したくさび状隙間45である。このような構成の多円弧軸受は、テーパ軸受と称されることもある。また、3つの円弧面43相互間の境界部に、分離溝44が形成されている。そのため、軸受部材7と軸部材2とが所定方向に相対回転すると、傾斜軸受隙間内の潤滑油がくさび状隙間45の最小隙間側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑油の動圧作用によって、軸受部材7と軸部材2とが非接触支持される。
【0060】
図13は、傾斜軸受部K1、K2の一方又は双方を多円弧軸受で構成した場合の他の例を示している。この例では、図12に示す構成において、3つの円弧面43の最小隙間側の所定領域θが、それぞれ、軸受部材7(軸部材2)の軸中心Oを曲率中心とする同心の円弧で構成されている。従って、各所定領域θにおいて、ラジアル軸受隙間(最小隙間)は一定になる。このような構成の多円弧軸受は、テーパ・フラット軸受と称されることもある。
【0061】
図14は、傾斜軸受部K1、K2の一方又は双方をステップ軸受で構成した場合の一例を示している。この例では、軸受部材7の内周面の傾斜軸受面となる領域に、複数の軸方向溝形状の動圧溝46が円周方向所定間隔に設けられている。
【0062】
図15は、傾斜軸受部K1、K2の一方又は双方を非真円軸受で構成した場合の一例を示している。この例では、軸受部材7の傾斜軸受面となる領域が、3つの調和波形面47で構成されている。3つの調和波形面47で区画される各領域において、傾斜軸受隙間は、円周方向の両方向に対して、それぞれくさび状に漸次縮小したくさび状隙間48となる。そのため、軸部材2と軸受部材7とが相対回転すると、その相対回転の方向に応じて、傾斜軸受隙間内の潤滑油がくさび状隙間48の最小隙間側に押し込まれて、その圧力が上昇する。このような潤滑油の動圧作用によって、軸部材2と軸受部材7とが非接触支持される。なお、くさび状隙間48の最小幅hは、偏心がない場合(軸中心O)には次式によって近似的に表される。
【0063】
h=c+aw・cos(Nw・θ)
但し、上式において、c、aw、Nwは定数で、cは平均軸受半径隙間、awは波の振幅、θは円周方向の位相、Nwは波数を表す(但し、Nw≧2とする。本実施形態ではNw=3である)。なお、図示例では、軸部材2と軸受部材7の軸中心Oを同心としているが、軸部材2を軸中心O’に偏心させて使用することもできる。
【0064】
以上で説明した図11〜図13に示す多円弧軸受は、いわゆる3円弧軸受であるが、これに限らず、いわゆる4円弧軸受、5円弧軸受、さらに6円弧以上の数の円弧面で構成された多円弧軸受を採用しても良い。また、図15に示した非真円軸受は、3つの調和波形面で形成されているが、多円弧軸受同様に、4以上の調和波形面で構成された非真円軸受を採用することもできる。また、図1に示す実施形態において、傾斜軸受部を多円弧軸受やステップ軸受、あるいは非真円軸受で構成する場合、傾斜軸受部K1、K2のように2つの傾斜軸受部を軸方向に離隔して設けた構成とする他、軸受部材7の内周面、あるいは軸部材2の外周面の上下領域に亘って1つの傾斜軸受部を設けた構成としても良い。
【0065】
さらに、スラスト軸受部Tの形態として、スパイラル形状の動圧溝により潤滑油に動圧を発生させる構成を例示したが、スラスト軸受面となる領域に、複数の半径方向溝形状の動圧溝を円周方向所定間隔に設けた、いわゆるステップ軸受、いわゆる波型軸受(ステップ型が波型になったもの)等で構成することもできる(図示省略)。
【0066】
また、以上の説明では、傾斜軸受部K1、K2を動圧軸受で構成した場合を例示したが、これ以外の軸受で構成することもできる。例えば、図示は省略するが、軸受部材7(電鋳部10)の内周面を動圧溝や円弧面等を有さない真円状内周面に形成すると共に、この内周面と傾斜軸受隙間を介して対向する軸部材2の外周面2a1を真円状外周面とすることで、いわゆる真円軸受を構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【0067】
【図1】本発明の構成を有する流体軸受装置を組込んだ情報機器用スピンドルモータの一例を示す断面図である。
【図2】図1にかかる流体軸受装置の要部拡大断面図である。
【図3】蓋部材の上側端面を示す断面図である。
【図4】傾斜軸受隙間における動圧作用を説明する概略図である。
【図5】(a)図はマスター部材の斜視図、(b)図はマスター部材にマスキングを施した状態を示す斜視図である。
【図6】電鋳部材の斜視図である。
【図7】射出成形金型に電鋳部材を取り付けた状態を示す模式図である。
【図8】動圧溝を他の方法で成形する場合の工程を示す断面図である。
【図9】(a)図は本発明の構成を有する流体軸受装置の第2実施形態を示す断面図、(b)図は本発明の構成を有する流体軸受装置の第3実施形態を示す断面図である。
【図10】上記実施形態において循環路を形成した流体軸受装置を示す断面図である。
【図11】傾斜軸受部の他の形態を示す断面図である。
【図12】傾斜軸受部の他の形態を示す断面図である。
【図13】傾斜軸受部の他の形態を示す断面図である。
【図14】傾斜軸受部の他の形態を示す断面図である。
【図15】傾斜軸受部の他の形態を示す断面図である。
【図16】従来の流体軸受装置の構造を示す概略図である。
【符号の説明】
【0068】
1 流体軸受装置
2 軸部材
4 ステータコイル
5 ロータマグネット
6 ブラケット
7 軸受部材
8 蓋部材
9 ディスクハブ
10 電鋳部
11 電鋳部材
12 マスター部材
13 マスキング
14 モールド部
A 傾斜軸受面
B スラスト軸受面
C1 傾斜軸受隙間
C2 スラスト軸受隙間
Fr (ラジアル方向の)分力
Ft (スラスト方向の)分力
N1 成形部
K1、K2 傾斜軸受部
T スラスト軸受部




 

 


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